DE112010004196T5 - Weight balanced engine piston - Google Patents
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Abstract
Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor weist einen Kolbenboden mit einer äußeren zylindrischen Wand auf, der mit einem Körperteil des Kolbens verbunden ist und darüberliegt. Der Kolben weist zumindest eine Kolbenringdichtungsnut auf, die in der äußeren zylindrischen Wand ausgeformt ist, und sich umlaufend um den Kolbenboden erstreckt und eine erste Ölsammelnut, die in der äußeren zylindrischen Wand unter der mindestens einen Kolbenringdichtungsnut ausgeformt ist und sich parallel zu der mindestens einen Kolbenringdichtungsnut um einen gesamten Umfang des Kolbens erstreckt. Die erste Ölsammelnut hat eine erste Breite gemessen entlang einer Mittellinie des Kolbens. Eine zweite Ölsammelnut ist in der äußeren zylindrischen Wand unter der ersten Ölsammelnut ausgeformt, erstreckt sich parallel zur ersten Ölsammelnut um den gesamten Umfang des Kolbens und hat eine Breite, die zumindest doppelt so groß wie die Breite der erste Ölsammelnut ist.A piston for an internal combustion engine has a piston crown with an outer cylindrical wall which is connected to and lies above a body part of the piston. The piston has at least one piston ring seal groove which is formed in the outer cylindrical wall and extends circumferentially around the piston head and a first oil collecting groove which is formed in the outer cylindrical wall under the at least one piston ring seal groove and is parallel to the at least one piston ring seal groove extends around an entire circumference of the piston. The first oil collection groove has a first width measured along a center line of the piston. A second oil collection groove is formed in the outer cylindrical wall under the first oil collection groove, extends parallel to the first oil collection groove around the entire circumference of the piston and has a width that is at least twice the width of the first oil collection groove.
Description
Technisches GebietTechnical area
Diese Patentveröffentlichung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Kolben, die in Motorbohrungen arbeiten.This patent publication relates generally to internal combustion engines, and more particularly to pistons operating in engine bores.
Hintergrundbackground
Verbrennungsmotoren weisen einen oder mehrere Kolben auf, die durch Verbindungsstangen bzw. Pleuelstangen mit einer Kurbelwelle verbunden sind, und typischerweise angeordnet sind, um sich innerhalb von Bohrungen hin- und herzubewegen, die bekanntermaßen in einem Kurbelgehäuse ausgeformt sind. Ein typischer Kolben weist einen Kopfteil auf, der zumindest teilweise eine Brennkammer in jeder Bohrung definiert und ein Kolbenhemd, welches typischerweise eine Bolzenöffnung und andere Tragstrukturen zur Verbindung mit der Pleuelstange des Motors aufweist. Im Allgemeinen ist ein Kolben so geformt, dass er im Allgemeinen eine Napfform hat, wobei der Kolbenkopf die Basis bildet und der Kolbenhemdteil mit der Basis verbunden ist, und eine umschlossene Galerie des Kolbens umgibt. In typischen Anwendungen wird Schmieröl vom Motor innerhalb der Galerie des Kolbens während des Betriebs geliefert, um konvektiv verschiedene Teile des Kolbens zu kühlen und zu schmieren.Internal combustion engines include one or more pistons, which are connected by connecting rods to a crankshaft, and are typically arranged to reciprocate within bores, which are known to be formed in a crankcase. A typical piston has a head portion that at least partially defines a combustion chamber in each bore and a piston skirt typically having a bolt aperture and other support structures for connection to the connecting rod of the engine. In general, a piston is shaped to generally have a cup shape, with the piston head forming the base and the piston skirt portion connected to the base and surrounding an enclosed gallery of the piston. In typical applications, lubricating oil is supplied by the engine within the gallery of the piston during operation to convectively cool and lubricate various parts of the piston.
Ein typischer Kolbenkopf weist auch eine zylindrische Außenwand mit einer oder mehreren darin geformten umlaufenden kontinuierlichen Nuten auf. Diese Nuten erstrecken sich typischerweise parallel zueinander und sind ungefähr so bemessen, dass sie Dichtungsringe darin aufnehmen. Diese Dichtungsringe erzeugen Gleitdichtungen zwischen jedem Kolben und der Kurbelgehäusebohrung, in der er arbeitet. Typischerweise nimmt die Nut, die am nächsten zum Hemd des Kolbens gelegen ist, einen Abstreifring auf, der angeordnet ist, um Öl, welches an den Wänden der Kolbenbohrung haftet, während eines Abwärtshubes des Kolbens abzustreifen. Öl, welches zurückbleibt und die Wände der Bohrung folgend auf den Abwärtshub des Kolbens benetzt kann weiter in die Brennkammer eintreten und während des Betriebs des Motors verbrennen.A typical piston head also has a cylindrical outer wall with one or more circumferential continuous grooves formed therein. These grooves typically extend parallel to one another and are sized to receive sealing rings therein. These seal rings create sliding seals between each piston and the crankcase bore in which it operates. Typically, the groove closest to the skirt of the piston receives a scraper ring arranged to scrape off oil adhering to the walls of the piston bore during a downstroke of the piston. Oil remaining and wetting the walls of the bore following the downstroke of the piston may continue to enter the combustion chamber and burn during operation of the engine.
Eine bekannte Lösung zur Verbesserung der Entfernung von Öl, welches an den Bohrungswänden zu finden ist, während eines Abwärtshubes des Kolbens, ist im
Die Ölsammelnut, die im
Mit dem Vorangegangenen als Hintergrund ist es manchmal der Fall, dass eine ausgereifte Motorkonstruktion, insbesondere eine Konstruktion, die schon an Kunden verkauft wird, Verbesserungen bezüglich der Leistung der Kosten oder der Herkunft von Komponenten benötigt, was den Motor auf dem Markt erfolgreicher machen wird. Solche Produktverbesserungen von Motoren sind insbesondere wertvoll für einen Motorhersteller, wenn eine Rückwärtskompatibilität von neuen Komponenten, die an Stelle von Original-Motorkomponenten verwendet werden sollen, beibehalten wird. Trotzdem ist es traditionellerweise der Fall gewesen, dass Motorkolben nicht als Komponenten betrachtet werden, die in der Mitte eines Produktlebenszyklus eines speziellen Motors neu konstruiert werden können.With the foregoing background, it is sometimes the case that a mature engine design, particularly a design that is already sold to customers, needs improvements in the performance of the cost or the source of components, which will make the engine more successful in the marketplace. Such engine product improvements are particularly valuable to an engine manufacturer when maintaining backward compatibility of new components to be used in place of original engine components. Nevertheless, it has traditionally been the case that engine pistons are not considered as components that can be redesigned in the middle of a product life cycle of a particular engine.
Die Tatsache, dass Motorkolben nicht als Komponenten geeignet sind, die neu konstruiert werden können, um zu einem existierenden Motor zu passen und eine existierende grundlegende Kolbenkonstruktion zu ersetzen, beruht zum großen Teil darauf, dass konstruktive Veränderungen, die an einem Kolben vorgenommen werden, oft eine damit einhergehende Reihe von Veränderungen an anderen Motorkomponenten erfordern werden. Beispielsweise kann eine aktualisierte Konstruktion eines Kolbens Veränderungen der Gewichtsbalance, der Leistung und/oder anderer funktioneller Attribute des Kolbens bewirken, was wiederum Veränderungen an den Gegengewichten der Kurbelwelle oder Veränderungen an den Pleuelstangen und an der Motorkalibrierung nötig macht. Darüber hinaus ist es zu überlegen, dass Serviceanbieter, die eine Motorüberholung anbieten, einige Kolben ersetzen können, jedoch andere mit weniger Abnutzung oder Beschädigung im Motor belassen würden, was beträchtliche Leistungsprobleme bewirken würde, wenn der Ersatzkolben ein anderes Gewicht im Vergleich zum Originalkolben hätte. Irgendwelche solche Veränderungen an der Konstruktion der Motorkomponenten macht das Nachrüsten von gewissen Komponenten, wie beispielsweise Kolben effektiv ungeeignet für Motoren, die gegenwärtig in Produktion sind.The fact that engine pistons are not suitable as components that can be redesigned to fit an existing engine and replace an existing basic piston design relies in large part on constructive changes made to a piston often will require a concomitant series of changes to other engine components. For example, an updated piston design may cause changes in the weight balance, performance, and / or other functional attributes of the piston, which in turn necessitates changes to the crankshaft counterweights or changes to the connecting rods and engine calibration. In addition, it is contemplated that service providers offering engine overhaul could replace some pistons, but leave others with less wear or damage in the engine, which would cause significant performance problems if the replacement piston had a different weight compared to the original piston. Any such changes to the Engine component design makes the retrofitting of certain components, such as pistons, effectively inappropriate for engines currently in production.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Diese Offenbarung bezieht sich auf Kolben zur Verwendung in Verbrennungsmotoren und insbesondere in direkt-einspritzenden verdichtungsgezündeten Motoren. Insbesondere sieht die Offenbarung ein Verfahren zum Erreichen einer Konstruktion von Kolben vor, die rückwärtskompatibel mit Motoren sind, die grundlegende Kolben haben, die schon im Dienst sind. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck Rückwärtskompatibilität auf die Fähigkeit, in austauschbarer Weise, Originalkolben oder grundlegende Kolben und nachgerüstete Kolben unter Verwendung von bearbeiteten Kolben-Rohteilen zu verwenden, ohne Veränderungen an anderen Motorkomponenten zu erfordern. Somit können solche nachgerüsteten oder neu konstruierten Kolben während der Konstruktion von neuen Motoren verwendet werden, oder auch grundlegende Kolben während der Instandhaltung ersetzen. Zusätzlich können nachgerüstete Kolben als After-Market-Teile bzw. Ersatzteile positioniert werden, um die Leistung von existierenden Motoren zu verbessern.This disclosure relates to pistons for use in internal combustion engines, and more particularly in direct injection compression-ignition engines. In particular, the disclosure provides a method of achieving a design of pistons that are backward compatible with engines having basic pistons that are already in service. As used herein, the term backward compatibility refers to the ability to interchangeably use original pistons or basic pistons and retrofitted pistons using machined piston blanks without requiring changes to other engine components. Thus, such retrofitted or newly designed pistons may be used during the design of new engines, or even replace basic pistons during servicing. In addition, retrofitted pistons can be positioned as aftermarket parts to improve the performance of existing engines.
Zwei Beispiele von Kolben
Der in
Bezüglich des Ersatzes beim Service oder der Überholung von Komponenten können gewisse Komponenten, wie beispielsweise Kolben planmäßig in gewissen Serviceintervallen ersetzt werden oder zumindest untersucht werden und ersetzt werden, wenn die Abnutzung übermäßig groß ist. Kolben und Kolbenringe werden üblicherweise bei der Überholung ersetzt, jedoch werden andere Teile, wie beispielsweise die Kurbelwelle und die Nockenwelle üblicherweise nicht ersetzt, falls möglich. Wenn ein Kolben während eines solchen Serviceereignisses ersetzt werden soll, sollten gewisse Aspekte des grundlegenden Kolbens bewahrt werden, und gewisse Aspekte des Ersatzkolbens sollten nicht wesentlich anders sein als beim grundlegenden Kolben, um eine ordnungsgemäße Leistung und Emissionssteuerung sicherzustellen. Der Ersatzkolben sollte ”gewichtsausgeglichen” sein, oder sollte im Allgemeinen das gleiche Gewicht haben, wie der grundlegende Kolben. Der Ersatzkolben sollte eine im Wesentlichen ähnliche Verbrennungs- bzw. Kolbenmulde haben, wie der grundlegende Kolben, und die Ringnutgeometrie und Ringnutanordnung sollten ähnlich sein, um eine ordnungsgemäße Leistung und Emissionssteuerung sicherzustellen.With regard to replacement of service or overhaul of components, certain components, such as pistons, may be scheduled to be replaced at certain service intervals, or at least inspected and replaced if the wear is excessively large. Pistons and piston rings are usually replaced during overhaul, but other parts, such as the crankshaft and the camshaft, are usually not replaced, if possible. If a piston is to be replaced during such a service event, certain aspects of the basic piston should be preserved, and certain aspects of the replacement piston should not be significantly different than the basic piston, to ensure proper performance and emission control. The replacement piston should be "weight balanced" or should generally be the same weight as the basic piston. The replacement piston should have a substantially similar piston cavity as the basic piston, and the annular groove geometry and annular groove arrangement should be similar to ensure proper performance and emissions control.
Ein Kolben-Rohteil
Zwei Ausführungsbeispiele von verbesserten Kolben, die zur Nachrüstung geeignet sind, werden hier offenbart. Jeder der verbesserten Kolben veranschaulicht einen Gewichtsausgleich- bzw. Gewichtsbalancevorgang, der an einem Kolben-Rohteil ausgeführt wird, so dass dieser zum Gewicht eines grundlegenden Kolbens passt. Beispielsweise ist vom Kolben
In den
In jedem Kolben formt der Körperteil
Eine Vielzahl von Ringnuten, die sich parallel zueinander über einen Umfangsteil der äußeren zylindrischen Wand
Wie aus den Figuren zu sehen ist, sind die ersten, zweiten und dritten Stege
Wenn ein Kolben in einem Motor eingebaut ist, ist jeder Kolben
Die Beschreibung hat bis jetzt Merkmale der Kolben
In dem speziellen Ausführungsbeispiel des Kolbens
Weiterhin ist die obere Kante oder die Kante am nächsten zur Verbrennungsmulde bzw. Kolbenmulde
Ähnlich wie der Kolben
In dem speziellen Ausführungsbeispiel des Kolbens
Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability
Die Leistung der offenbarten Ausführungsbeispiele für die Kolben
Der erste Bereich von unerwarteten Verbesserungen im Betrieb der Kolben
Ein weiterer Bereich von unerwarteter Verbesserung im Betrieb eines Motors in dem die Kolben
Ein zusätzliches Beispiel eines verbesserten Motorbetriebs unter der Verwendung der Kolben
Basierend auf den vorangegangenen kann gesagt werden, dass die Breite der zweiten Ölsammelnut
Beispielsweise hat die erste Ölsammelnut
Es wird klar sein, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems unter der Technik bietet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Ausführungen der Offenbarung im Detail von den vorangegangenen Beispielen abweichen können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele davon sind als Bezugnahme auf das Spezielle an diesem Punkt gerade besprochene Beispiel vorgesehen und sollen nicht irgendeine Einschränkung bezüglich des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen mit sich bringen. Jegliche Erwähnung einer Unterscheidung und einer weniger bevorzugten Ausführung bezüglich gewisser Merkmale ist vorgesehen, um anzuzeigen, dass diese Merkmale weniger bevorzugt werden, dies soll jedoch nicht solche Merkmale vollständig vom Umfang der Offenbarung ausschließen, außer wenn dies in anderer Weise angezeigt ist.It will be understood that the foregoing description provides examples of the disclosed system under the art. It is contemplated, however, that other embodiments of the disclosure may differ in detail from the foregoing examples. Any reference to the disclosure or examples thereof is intended to be in reference to the specific example just discussed at this point and is not intended to imply any limitation on the scope of the disclosure in general. Any reference to a distinction and a less preferred embodiment regarding certain features is intended to indicate that these features are less preferred, but this is not intended to fully exclude such features from the scope of the disclosure except as otherwise indicated.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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